偶然的发现为大功率电子设备带来了新型晶体管

时间:2020-01-14 19:02 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

偶然的发现为大功率电子设备带来了新型晶体管

高击穿薄氮化镓晶体管SiC基板上AlN形核层的变形外延生长。

一种将几纳米厚度的半导体层组装在一起的新方法不仅带来了一项科学发现,而且还发明了一种用于大功率电子设备的新型晶体管。这一结果发表在《应用物理快报》上,引起了人们极大的兴趣。

这一成果是林雪平大学(Linkoping University)的科学家们与瑞典国家实验室(SweGaN)的密切合作的成果。该公司以氮化镓为原料生产定制电子元件。

电动汽车

氮化镓是一种用于高效率发光二极管的半导体。然而,它也可能用于其他应用,如晶体管,因为它可以承受比许多其他半导体更高的温度和电流强度。这些都是未来电子元件的重要特性,尤其是那些用于电动汽车的元件。

氮化镓的蒸汽可以凝结在碳化硅晶圆上,形成一层薄薄的涂层。一种晶体材料生长在另一种晶体的基底上的方法被称为“外延”。这种方法在半导体工业中经常使用,因为它在确定形成的纳米薄膜的晶体结构和化学成分方面提供了很大的自由度。

氮化镓、氮化镓和碳化硅(两者都能承受强电场)的组合,确保了该电路适用于需要高功率的应用。

然而,氮化镓和碳化硅这两种晶体材料在表面上的配合并不好。原子最终彼此不匹配,导致晶体管失效。这已经被研究解决了,随后产生了一个商业解决方案,在这两个层之间放置了一层更薄的氮化铝。

SweGaN公司的工程师们偶然发现,他们的晶体管能够承受比预期高得多的场强,但他们一开始并不能理解其中的原因。答案可以在原子水平上找到-在元件内部的几个关键中间面。

Transmorphic外延生长

刘和瑞根的研究人员在刘和瑞根的Lars Hultman和Jun Lu的领导下,在《应用物理快报》上发表了对这一现象的解释,并描述了一种制造更能承受高压的晶体管的方法。

偶然的发现为大功率电子设备带来了新型晶体管

科学家们发现了一种以前不为人知的外延生长机制,他们将其命名为“变形外延生长”。它使不同层之间的应变逐渐被几层原子吸收。这意味着它们可以在碳化硅上以某种方式生长氮化镓和氮化铝两层,从而在原子水平上控制这两层在材料中的相互关系。在实验室里,他们已经证明这种材料能承受高达1800伏的高压。如果在一个典型的硅基元件上施加这样的电压,火花就会开始飞溅,晶体管就会被击毁。

“我们祝贺瑞典人开始推广这项发明。它显示了有效的协作和研究成果在社会上的利用。由于我们与以前在公司工作的同事有密切的联系,我们的研究很快就在学术界以外产生了影响。佬司Hultman说。

巨大的利益

该研究得到了克努特和爱丽丝·瓦伦堡基金会以及库赫姆特项目(欧盟地平线2020计划的一部分)的研究资助。以下链接的这篇文章是由《应用物理快报》的编辑特别挑选出来的,也是《应用物理快报》阅读次数最多的文章之一,在2019年11月25日发表后一周内下载量接近1000次。它还出现在《华尔街日报》的封面上。

参考文献:“高击穿薄氮化镓晶体管SiC基板上AlN形核层的变形外延生长”陆军,陈jr - tai, Martin Dahlqvist, Riad Kabouche, Farid Medjdoub, Johanna Rosen, Olof Kordina and Lars Hultman, 2019年11月25日,《应用物理快报》。

DOI: 10.1063/1.5123374

刘还建立了一个专门研究和开发III氮化物技术的中心C3NiT,该中心由Vinnova资助,并有几家大小公司参与。

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